直流电源纹波和噪声的测量

刘本成朱宏声/ .海军航空装备计量监修中心；.上海市计量测试技术研究院

直流电源纹波和噪声的测量

刘本成1朱宏声2/ 1.海军航空装备计量监修中心；2.上海市计量测试技术研究院

0　引言

对于直流电源纹波和噪声的测量，不同测量方法的测量结果往往差别较大。本文介绍几种常用的纹波和噪声测量方法，阐明不同测量方法之间的区别，并明确纹波测量的注意事项。

1　纹波和噪声的产生

直流电源是电子设备的基本组成部分，主要有线性电源和开关电源两种，其输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于无法滤除所有交流成分，直流电压中会含有一定的交流成分，这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号，是围绕输出直流电压上下波动的周期性信号，但周期和振幅不固定，随时间而变，不同电源的纹波波形也不一样。

线性电源纹波主要来自工频50 Hz变压器，纹波电压的频率常常是50n Hz（n取自然数，大小取决于整流电路的类型），幅值小，较易滤除，通常纹波电压可低至几毫伏。

一般开关电源的纹波比线性电源的纹波大，频率高，且当前使用的主要是开关电源，所以，本文只讨论开关电源。

2　纹波电压危害

喇叭或听筒发出的杂音、信号放大系统中形成的杂波、电视图像中的细横条等都可能是因为纹波电压高，使电子产品产生谐波、调制等，干扰正常的工作状态，导致电源效率降低。较强的纹波会产生浪涌电压或电流，严重的有可能烧毁设备。要滤除纹波，需准确地测量出纹波的大小。

3　纹波和噪声的测量

在现代数字通信中，由于广泛使用低噪声放大器和频率合成器，同时由于调制带宽越来越宽，速率越来越高，要求直流电源具有尽可能低的纹波和噪声。纹波和噪声本是不同的概念，但在工程上对电源进行检验或验收时，通常并不刻意把它们分开。

开关电源产生的纹波比较复杂，很难滤除且幅值较大。典型的开关电源的纹波和噪声如图1 所示。

由于电源纹波的大小与负载有关，所以测量纹波时电源所接的负载应为纯阻负载，并在电源额定输入电压下和满载输出的情况下进行测量。如若使用电子负载，则需考虑电子负载带来的附加纹波和噪声。

图1　纹波和噪声示意图

为了降低市电影响，电源以及测试设备应该接地；使用隔离变压器可以最大程度消除市电干扰，应注意测量现场的磁场环境，如果磁场影响过大，需采取措施消除引入的感应电压。在磁场环境下移动测量导线时将影响测量结果，所以在测量时应尽量固定测量导线，并确保用于测量的数字多用表、示波器和直流电源使用同一个电源插座。

纹波电压一般用纹波系数表示，即纹波电压幅度与直流电压幅度之比。电源纹波可用交流毫伏表或示波器测量，通常使用示波器，但在测量纹波和噪声这样的小信号时需要注意一些细节。

开关电源的开关频率在几万赫兹到几百万赫兹，因此开关器件产生的主要干扰处于低频段，远远小于20 MHz，但通常情况下示波器测试带宽默认为20 MHz。为了准确测量20 MHz内的干扰信号，需要示波器工作带宽为测量带宽的3倍以上，即选用带宽大于50 MHz 的示波器即可。

3.1使用示波器的标准探头测量

使用示波器的标准探头测量TTL 电平信号没有问题，但测量纹波时存在一些问题（见图2）。

图2　常用测量方法一

探头上的地线构成的回路类似接收天线，会接收测量现场的电磁波，特别是在测量纹波和噪声时，电源内部的开关器件工作时会产生高频振荡波，继而会产生一定辐射。如果电源的屏蔽考虑不周，这时探头地线形成的回路就有可能接收到很大的干扰信号。所以，这种方法测量纹波和噪声时，测量现场不能有明显的干扰信号。

3.2去掉标准探头的接地线和探头钩测量

去掉标准探头的接地线和探头钩测量可以避免探头的接地线形成回路而感应到干扰信号，且使用方便（见图3）。如果测量现场没有很强的干扰信号，图2 和图3两种方法的测量结果差别并不大。

图3　常用的测量方法二

但是，当探头无法直接接触测量点时，需要采用同轴电缆的方法来进行测量。

3.3用50 Ω同轴电缆作为探头测量

在复杂的环境下可以使用50 Ω同轴电缆作为探头测量，但要注意同轴线和引入的RC 网络的接法。引线和引脚应尽可能短，避免形成能够感应辐射的环路。

3.4交流毫伏表测量电源纹波

交流毫伏表只对交流电压响应，并且灵敏度高，可测量很小的交流电压，而纹波往往是比较小的交流电压，所以可用交流毫伏表来测量纹波电压。交流毫伏表可直接读出纹波电压的有效值、峰值和平均值，但测量结果与交流毫伏表的频响有关。在使用交流毫伏表时，要注意其频响范围，不同频响范围会产生不同的测量结果。

4　结语

电源几乎对于每种电子产品都必不可少，电源的性能对一个系统产生重要影响。应确保电源的可靠性、稳定性、兼容性、安全性，通过有效的测量和分析保证系统安全、可靠地开展工作。

［1］ 中国航天工业总公司708所.JJG（航天）6-1999直流稳压电源检定规程［S］.北京：1999.

［2］ 徐焕蓉. 直流稳压电源的纹波测量问题［J］. 计测技术，2008，28（5）：67-69.

［3］ 同金，马煜峰.直流电源输出的纹渡和噪声的测量［J］.电子测试，2010（2）：88-90.